本發(fā)明涉及無線電能傳輸，尤其涉及一種水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、水下航行器廣泛應(yīng)用于諸如海上風力發(fā)電機基座情況檢查、海纜智能巡檢等水下作業(yè)任務(wù)。水下航行器的供能核心問題在于設(shè)備的供能方式，設(shè)備的供能方式對設(shè)備的工作狀態(tài)、工作效率等有著很大的影響。如在進行水下搜救、探測等任務(wù)時，如果水下設(shè)備能夠在水下完成供能過程，將極大地提高設(shè)備的工作時長和設(shè)備可靠性，從而更高效、安全、可靠、及時地完成任務(wù)。

2、水下無線電能傳輸可以將電能以非接觸的方式從發(fā)送器提供給接收器。這種傳輸方式不存在發(fā)送器和接收器的直接電氣連接，避免了傳統(tǒng)濕插拔供電方式由于金屬接插件接觸引起的火花、漏電、腐蝕等缺點。然而，現(xiàn)有的水下無線傳能系統(tǒng)的充電效率和性能較差，難以滿足高效傳能的需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有的水下無線傳能系統(tǒng)的充電效率和性能較差，難以滿足高效傳能的需求的技術(shù)問題。

2、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，包括無線發(fā)射端、多級中繼線圈、無線接收端和控制端；

3、多級中繼線圈與無線發(fā)射端無線連接，無線接收端與多級中繼線圈無線連接；

4、無線發(fā)射端和無線接收端分別與控制端電連接；

5、水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)的控制方法包括：

6、s1、控制端采集水下工作環(huán)境參數(shù)，根據(jù)水下工作環(huán)境參數(shù)配置無線發(fā)射端的初始工作頻率和無線接收端的負載阻抗范圍；

7、s2、控制端采集當前水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)的能量傳輸效率；

8、s3、控制端根據(jù)當前水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)的能量傳輸效率，判斷是否需要調(diào)整無線發(fā)射端的工作頻率和無線接收端的負載阻抗，若是，執(zhí)行步驟s4；

9、s4、根據(jù)水下工作環(huán)境參數(shù)和水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)的能量傳輸效率，采用模擬退火算法求解最優(yōu)無線發(fā)射端的工作頻率和最優(yōu)無線接收端的負載阻抗，執(zhí)行步驟s5；

10、s5、調(diào)整無線發(fā)射端的工作頻率至最優(yōu)無線發(fā)射端的工作頻率，調(diào)整無線接收端的負載阻抗至最優(yōu)無線接收端的負載阻抗，使得水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)的能量傳輸效率最優(yōu)。

11、可選地，步驟s5具體包括：

12、調(diào)整無線發(fā)射端的工作頻率至最優(yōu)無線發(fā)射端的工作頻率，以預(yù)置頻率步長前后調(diào)整無線發(fā)射端的工作頻率，調(diào)整無線接收端的負載阻抗至最優(yōu)無線接收端的負載阻抗，以預(yù)置阻抗步長前后調(diào)整無線接收端的負載阻抗，使得水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)的能量傳輸效率最優(yōu)。

13、可選地，預(yù)置頻率步長為1khz，預(yù)置阻抗步長為2ω。

14、可選地，無線發(fā)射端包括依次連接的直流供電電源、e類逆變器和發(fā)射線圈。

15、可選地，e類逆變器包括扼流電感、三極管、中間電容和匹配電容；

16、扼流電感的一端連接在直流供電電源正極，扼流電感的另一端連接三極管的集電極，三極管的發(fā)射極連接直流供電電源的負極，三極管的基極接入諧振信號，中間電容并聯(lián)在三極管的集電極和發(fā)射極兩端，匹配電容的一端連接三極管的集電極，匹配電容的另一端連接發(fā)射線圈的一端，發(fā)射線圈的另一端連接三極管的發(fā)射極。

17、可選地，多級中繼線圈由至少兩個中繼線圈組成，中繼線圈由高頻利茲線螺旋形繞制而成，多級中繼線圈由亞克力柱穿心固定。

18、可選地，多級中繼線圈采用防水性環(huán)氧樹脂進行封裝。

19、可選地，無線發(fā)射端的發(fā)射線圈和無線接收端的接收線圈背面均采用由鐵氧體板和鋁板組成的屏蔽結(jié)構(gòu)。

20、可選地，無線接收端包括接收線圈、諧振電容、整流穩(wěn)壓電路和用電負載；

21、接收線圈的一端與諧振電容的一端連接，諧振電容的另一端連接整流穩(wěn)壓電路的正極，接收線圈的另一端連接整流穩(wěn)壓電路的負極，用電負載并聯(lián)在整流穩(wěn)壓電路的兩端。

22、可選地，無線發(fā)射端的發(fā)射線圈和無線接收端的接收線圈的線圈由高頻利茲線螺旋形繞制而成，且匝數(shù)不小于10。

23、從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

24、本發(fā)明提供的水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，無線發(fā)射端、多級中繼線圈和無線接收端能夠?qū)崿F(xiàn)長距離可靠地無線電能傳輸性能，在進行水下無線傳能時，首先根據(jù)水下工作環(huán)境參數(shù)配置無線發(fā)射端的初始工作頻率和無線接收端的負載阻抗范圍，然后基于當前水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)的能量傳輸效率，判斷是否需要調(diào)整無線發(fā)射端的工作頻率和無線接收端的負載阻抗，若需要調(diào)整，則采用模擬退火算法求解最優(yōu)無線發(fā)射端的工作頻率和最優(yōu)無線接收端的負載阻抗，調(diào)整無線發(fā)射端的工作頻率至最優(yōu)無線發(fā)射端的工作頻率，調(diào)整無線接收端的負載阻抗至最優(yōu)無線接收端的負載阻抗，使得水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)的能量傳輸效率最優(yōu)，能夠精確地根據(jù)水下工作環(huán)境條件進行最優(yōu)工作頻率和最優(yōu)負載阻抗，從而達到最佳的充電效率和系統(tǒng)性能，解決了現(xiàn)有的水下無線傳能系統(tǒng)的充電效率和性能較差，難以滿足高效傳能的需求的技術(shù)問題。

技術(shù)特征：

1.一種水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，其特征在于，包括無線發(fā)射端、多級中繼線圈、無線接收端和控制端；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，其特征在于，步驟s5具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，其特征在于，預(yù)置頻率步長為1khz，預(yù)置阻抗步長為2ω。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，其特征在于，無線發(fā)射端包括依次連接的直流供電電源、e類逆變器和發(fā)射線圈。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，其特征在于，e類逆變器包括扼流電感、三極管、中間電容和匹配電容；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，其特征在于，多級中繼線圈由至少兩個中繼線圈組成，中繼線圈由高頻利茲線螺旋形繞制而成，多級中繼線圈由亞克力柱穿心固定。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，其特征在于，多級中繼線圈采用防水性環(huán)氧樹脂進行封裝。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，其特征在于，無線發(fā)射端的發(fā)射線圈和無線接收端的接收線圈背面均采用由鐵氧體板和鋁板組成的屏蔽結(jié)構(gòu)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，其特征在于，無線接收端包括接收線圈、諧振電容、整流穩(wěn)壓電路和用電負載；

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，其特征在于，無線發(fā)射端的發(fā)射線圈和無線接收端的接收線圈的線圈由高頻利茲線螺旋形繞制而成，且匝數(shù)不小于10。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)，首先根據(jù)水下工作環(huán)境參數(shù)配置無線發(fā)射端的初始工作頻率和無線接收端的負載阻抗范圍，然后基于當前水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)的能量傳輸效率，判斷是否需要調(diào)整無線發(fā)射端的工作頻率和無線接收端的負載阻抗，若需要調(diào)整，則采用模擬退火算法求解最優(yōu)無線發(fā)射端的工作頻率和最優(yōu)無線接收端的負載阻抗，調(diào)整無線發(fā)射端的工作頻率和無線接收端的負載阻抗，使得水下高頻多中繼線圈磁耦合無線傳能系統(tǒng)的能量傳輸效率最優(yōu)。解決了現(xiàn)有的水下無線傳能系統(tǒng)的充電效率和性能較差，難以滿足高效傳能的需求的技術(shù)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：袁耀,喇元,尹芳輝,趙一暉,沈思成
受保護的技術(shù)使用者：南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/29